化工实验大赛背景下以工程实践能力为培养目标的化工原理理论与实验课程的改革与思考.pdf
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1、57化工实验大赛背景下以工程实践能力为培养目标的化工原理理论与实验课程的改革与思考第4期0 引言2021 年教育部发布了普通高等学校本科专业类教学质量国家标准,明确指出核心课程体系是实现专业人才培养目标的关键。工程实践能力是培养创新型工程技术人才的基础,也是新形势下高校教学工作的重要内容。工程实践能力培养不仅应体现在各专业的培养方案中,也应在课程教学中有效贯彻。作为培养学生创新实践能力的重要途径,学科竞赛已经成为高校人才培养的重要组成部分。大学生化工实验大赛由教育部高等学校化工类专业教学指导委员会、中国化工教育协会联合举办,对拓宽化工类学生专业知识、提高工程实践和创新能力等诸多方面具有积极的促
2、进作用。将学科竞赛活动与课程教学改革相互结合,通过以赛促教、以赛促学、以赛促改、以赛促建,对于提高高素质人才培养具有重要意义。以下以某大学能源化学工程专业为例,结合化工专业特点,以竞赛为依托,针对现有化工原理理论与实验教学存在的问题进行分析,对化工原理理论课程及化工原理实验课程进行一体化的综合改革,对化工实验大赛背景下如何培养学生工程实践能力的课程体系进行了初级探索。1 化工实验大赛成绩反映出的现有化工原理理论与实验教学存在的问题1.1 化工原理理论教学重点与实验教学重点脱节由于化工原理理论课考核内容多、知识点复杂,课堂教学中多以教师讲解为主,虽然也在授课过程中穿插部分讨论及习题,但授课逻辑为
3、:介绍单元操作的适用范围着重介绍单元操作中的衡算式及衡算方程介绍方程中的影响因素。简单来说,是自上而下的介绍。化工原理实验授课方式则与之不同。化工原理实验的主要目的是,利用所学的单元操作原理,在现有实验设备的基础上,求解某个物理量或流量,具有独立性强、工程实践能力要求高等特点。理论课程与经验与交流化工实验大赛背景下以工程实践能力为培养目标的化工原理理论与实验课程的改革与思考陈艳艳 李伸杰 姚 鑫 张茂峰(合肥工业大学化学与化工学院能源化工系,安徽宣城,242000)摘 要:针对某大学化工专业学生近年来参加化工实验大赛反映出的现有化工原理理论与实验教学存在的问题,分析化工原理理论课程与实验课程教
4、学存在的不足,结合化工类人才工程实践能力培养需要,从课程的教学设计、教学内容及考核评价等方面思考化工原理理论课程及实验课程教学的一体化改革措施,探讨有效提高化工专业学生综合实践能力的途径。关键词:化工实验大赛;化工原理理论与实验教学;存在的问题;一体化改革;工程实践能力基金项目:安徽省高等学校本科教学质量工程省级教学研究项目(2021jyxm1182);合肥工业大学创新创业教育精品课程(KCCX2108);合肥工业大学“课程思政”教学改革示范课程(KCSZ2022046);安徽省高等学校省级质量工程项目(2020SXZX40)通讯作者:陈艳艳,博士、副教授,主要从事化工原理理论及化工原理实验教
5、学工作,邮箱:yanyanchen 58第26卷 2023年第4期四川化工实验课程因授课方式的不同两者容易产生脱节现象,即虽然能理解并会分析讨论理论课授课中的条件操作问题,却无法真正掌握并将其运用在实验操作过程中。如:关于精馏操作的理论课讲解,涉及到恒摩尔流假设,该假设理论的原理作为理论考核重点,在章测试和期末考核中同学们掌握较好,但在精馏实验操作过程中,从塔釜加热上升蒸汽至近似达到恒摩尔流条件需经过多个步骤,而这些步骤并不是理论课的重点;此外,一般的实验讲义中的实验步骤大多涉及混料、开车、停车以及前后检查等基本过程,而对于从加热产生蒸汽到采样这一步骤,仅仅给出 20 min 等待的表述,并不
6、涉及详细的讲述,同学们对个中缘由并未掌握和深刻理解,造成理论教学重点与实验教学重点的脱节。1.2 学生解决复杂工程问题的能力不足全国大学生化工实验大赛分为理论竞赛、实验操作和虚拟仿真三部分。实验操作环节要求采用主办校方提供的实验装置进行实操比赛,因此比赛选用的单元操作的实验装置通常与本校授课所采用装置并不相同,这对学生的理论知识运用能力和工程实践能力提出了更高的要求。以精馏实验为例,给出一定浓度的物料(如乙醇-水溶液),在设备参数已知的精馏塔上,要求参赛选手以分组配合方式,将该物料浓度提纯至某一指定浓度以上,同时回收率满足某一要求。在实验操作过程中,评委老师除观察小组操作流程及实验处理外,还会
7、给出一定的干扰项,比赛中学生需自行设计实验流程、自行操作、自行分析判断实验结果、自行处理异常情况。此环节是为了全方位考察学生解决复杂工程问题的能力。结合这几年的参赛情况,发现学生在实验操作时存在以下几个问题。实验流程设计不清楚,实验操作调节不到位。具体表现为,部分同学不能根据给定单元操作设计出合理的实验流程,或者设计出合理的实验流程但得不到指定的分离效果。预设实验现象不清楚,不会根据现有实验现象正确判断实验进程。具体表现为,部分同学未等到塔内回流形成稳定的汽液两相就开始进行采样,得到的产品分离程度不高;另外,塔釜产品为温度较高的液相,操作过程中没有放置胶塞进行密封,导致塔釜产品误差较大。实验安
8、全意识不足,风险源识别不敏感。具体表现为,无法辨识化工单元操作中存在的诸多危险源。如传热系数测定过程中有水蒸气排出,存在高温危险;精馏实验中有易挥发的乙醇,存在吸入风险等。应变能力不足。具体表现为,部分同学不会根据现有的实验现象判断评委教师给出的干扰项,缺乏调节性操作。如精馏实验中,评委教师将塔釜加热电压调小,为保证塔顶产品浓度满足条件,应对塔釜进行检查调整,包括调节进料状况、回流比、操作温度等。2 化工原理理论课程及实验课程教学一体化改革措施结合某大学能源化学工程专业参与化工实验大赛的经验,同时参考该专业近年来理论与实验教学的探索与实践,发现导致教学效果不佳的主要原因不仅仅在于课程本身的难度
9、(内容多、时间短、体系复杂),更是在于学生重理论、轻实践的学习习惯。因此,为了让学生知其然更知其所以然,实现学习习惯从“记忆应对考试”向“理解应对需求”转变,针对化工原理理论课程及化工原理实验课程教学作了以下改进和尝试。2.1 理论课程授课从偏重于知识记忆转变为知识应用及实践(1)改变传统的授课逻辑,以现有工程体系为立足点,由“重理论”向“重需求”转变。考虑到精馏原理课程理论课考核内容多、知识点复杂,在教学过程中结合传统文化中的酿酒工艺等小视频,从工程角度展开绪论,在授课前适当引导学生发挥主观能动性。比如,讲授到简单蒸馏过程这一章节时,引入“二锅头”这一家喻户晓的酒品,结合科技发展阶段分析“二
10、锅头”更受欢迎的原因,然后开展课堂讨论,将学生的学习兴趣引入到课堂内容中。59化工实验大赛背景下以工程实践能力为培养目标的化工原理理论与实验课程的改革与思考第4期(2)加大动态考核频次,落实考核内容。根据授课内容,一操作一考,根据专业培养要求及实践需求,将授课难度与章测试难度适当调整,形成教考闭环。比如,在工程实践中,从操作难易角度考虑,穿插介绍精馏操作中的“体积比”概念。此外,加大课堂测试题的工程能力考核量及难度,着重理论与实践相结合的培养模式。结果表明,虽然有部分同学实验过程中仍出现理论知识盲点问题,但大部分同学都能将理论与实际操作相关联,同时由于课堂过程中对日常生活的知识点的引入(如“二
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